بررسی عددی تأثیر تغییر هم‌زمان هندسه نازل انژکتور و پروفیل بالابری سوزن روی رفتار افشانه سوخت دیزل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه امام علی (ع)

2 دانشکدهمهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه امام علی (ع)، تهران، ایران

چکیده

پدیده کاویتاسیون اثرات مخربی بر عملکرد توربوماشین­ها دارد ولی وقوع این پدیده درون نازل انژکتور تأثیر قابل توجهی بر روی رفتار هیدرودینامیکی افشانه سوخت دارد. هندسه نازل، پروفیل بالابری سوزن و نوع سوخت از عوامل تأثیرگذار در ایجاد این پدیده می­باشند. هدف اصلی و نوآوری تحقیق حاضر بررسی تأثیر تغییر هم‌زمان هندسه نازل انژکتور و پروفیل بالابری سوزن بر روی ایجاد کاویتاسیون و رفتار هیدرودینامیکی افشانه سوخت دیزل می­باشد. بنابراین، در قسمت اول جریان مایع و مشخصات افشانه نازل­های استوانه­ای و مخروطی همگرا دارای پروفیل بالابری سوزن یکسان با استفاده از کد دینامیک سیالات محاسباتی ای وی ال فایر به‌صورت عددی بررسی شده است. در مرحله دوم، نازل مخروطی همگرا با پروفیل­های بالابری سوزن متفاوت شبیه‌سازی شده است. نتایج عددی حاصل در قسمت دوم این مطالعه نشان می­دهند که نازل­های مخروطی همگرا با پروفیل­های متفاوت بالابری سوزن، دارای طول نفوذ افشانه بیشتر و قطر متوسط ذرات کوچکتری نسبت به نازل­های شبیه‌سازی شده در قسمت اول این مطالعه می­باشند.

کلیدواژه‌ها


Heywood, J. B., “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw-Hill, Inc., New York, 1998.##

 

1.

Salvador, F.J.,  Martínez-López, J.,  Caballer, M., and De Alfonso, C. “Study of the influence of the needle lift on the internal flow and cavitation phenomenon in diesel injector nozzles by CFD using RANS methods”, Energ. Convers. Manage, Vol. 66, No. 2, pp. 246-256, 2013.##

 

2.

Yao, C., Cheung, C., Cheng, C., and Wang, Y.  “Reduction of smoke and NOx from diesel engines using a diesel/methanol compound combustion system”, Energ . Fuels, Vol. 21, No. 2, pp. 686-691, 2007.##

3.

Yao, C., Geng, P., Yin, Z., Hu, J., Chen, D., and Ju, Y. “Impacts of nozzle geometry on spray combustion of high pressure common rail injectors in a constant volume combustion chamber”, Fuel, Vol. 179, No. 1, pp. 235-245, 2016.##

 

4.

Som, S., Aggarwal, SK., El-Hannouny, EM., and Longman, DE., “Investigation of nozzle  flow and cavitation characteristics in a diesel injector”, J.  Eng.  Gas. Turb.  Power, Vol. 132, pp. 1–12, 2010.##

5.

 

Som, S., Longman, DE. , Ramirez, AI., and  Aggarwal, SK. “Influence of nozzle orifice geometry and fuel properties on flow and cavitation  characteristics of a diesel injector”, In: Lejda Kazimierz, editor, Fuel injection in automotive engineering, InTech, ISBN: 978-953-51-0528-2, 2012.##

6.

 

Soteriou, C., Andrews, R., and Smith, M. “Direct injection diesel sprays and the effect of cavitation and hydraulic flip on atomization”, SAE Technical Paper 950080, 1995.##

7.

 

Suh, HK., and Lee, CS. “Effect of cavitation in nozzle orifice on the diesel fuel atomization characteristics”, Int. J. Heat. Fluid. FL, Vol. 29, pp.1001–1009, 2008.##

 

8.

Payri, F., Bermúdez, V., Payri, R., and Salvador, F.J. “The influence of cavitation on the internal flow and the spray characteristics in diesel injection nozzles”, Fuel, Vol. 83, pp. 419–431, 2004.##

9.

 

Payri, R., Salvador, F.J., Gimeno, J., and dela Morena, J. “Study of cavitation phenomena based on a technique for visualizing bubbles in a liquid pressurized chamber”, Int. J. Heat.  Fluid. FL, Vol. 30, pp. 768–777, 2009.##

10.

Sohrabi, S., Zandi, A., and Shams, M. “Numerical investigation of the effect of the number of injector holes on the flow inside the nozzle”, 8th International Conference on Internal Combustion Engines & Oil, Tehran, IRAN, 2013. (In Persian )##

11.

 

Mohammadi, H.,  Jabbarzadeh, P.,  Jabbarzadeh, M. and Shrevani-Tabar, M.T. “Numerical investigation on the hydrodynamics of the internal flow and spray behavior of diesel fuel in a conical nozzle orifice with the spiral rifling like guides”, Fuel, Vol. 196, No. 5, pp. 419-430, 2017.##

12.

 

Bergstrand, P. “The effects of orifice shape on diesel combustion”, SAE Technical Paper, Vol. 13, No. 3, pp. 106-116, 2004.##

 

13.

Som, S., Longman, DE., Ramirez, AI., and Aggarwal, SK. “A comparison of injector flow and spray characteristics of biodiesel with petrodiesel”, Fuel, Vol.89, pp. 4014–4024, 2010.##

14.

Jabbarzadeh, P., Jabbarzadeh, M., and Shervanitabar, M.T. “Numerical study on the diesel fuel penetration length in the cylindrical and conical nozzles”, 8th International Conference on Internal Combustion Engines & Oil, Tehran, IRAN, 2013. (In Persian )##

15.

 

Hyun, K.S., and Chang, S.L. “Effects of cavitation in nozzle orifice on the diesel fuel atomization characteristics”, Int. J. Heat. Fluid. FL, Vol. 29, pp. 1001–1009, 2008.##

16.

 

Desantes, J.M., Payri, R., Salvador, F.J., and De la Morena, J., “Influence of cavitation phenomenon on primary break-up and spray behavior at stationary conditions”, Fuel, Vol. 89, pp. 3033–3041, 2010.##

17.

 

Shervani-Tabar, M.T., Parsa, S., and Ghorbani, M. “Numerical study on the effectof the cavitation phenomenon on the characteristics of fuel spray”, Math.  Comput.  Model, Vol. 56, No. 5, pp. 105-117, 2012.##

18.

 

Payri, R. ,  Gimeno, J.,  Viera, J.P., and Plazas, A.H. Needle lift profile influence on the vapor phase penetration for a prototype diesel direct acting piezoelectric injector, Fuel, Vol. 113, pp. 257–265, 2013.##

19.

 

Fujimoto, H., Mishikori, T., Tsumakoto, T., and Senda, J. “Modeling of atomization and vaporization process in flash boiling spray”, ICLASS-94 Conference, FRANCE, 1994.##

20.

 

Avl List GmbH. AVL Fire v. 2013, CFD solver, Eulerian multiphase, 2013.##

21.

 

Edelbauer, W. “Coupling of 3D Eulerian and Lagrangian Spray Approaches in Industrial Combustion Engine Simulations”, Journal of Energy and Power Engineering, Vol. 8, No. 1, pp. 190-200, 2014.##

22.

 

Avl List GmbH. “AVL Fire v. 2013, CFD solver, Spray”, 2013.##

 

23.

Brusiani , F., Falfari, S., and Pelloni, P. “Influence of the Diesel injector hole geometry on the flow conditions emerging from the nozzle”, 68th Conference of the Italian Thermal Machines Engineering Association, ATI2013, Energy Procedia, Vol. 45, pp. 749 – 758, 2014.##

24.

Battistoni, M., and Grimaldi, C.N. “Numerical analysis of injector flow and spray characteristics from diesel injectors using fossil and biodiesel fuels”, Appl. Energy, Vol. 97, No. 1, pp. 656-666, 2012 .##

25.

Perry, R.H., and Green, D.W. “Perry's chemical engineer's handbook”, McGraw-Hill, 1997.##

26.

 

Postrioti, L., Grimaldi, C.N., Ceccobello, M., and Di Gioia, R. “Diesel common rail injection system behavior with different fuels”, SAE Technical paper 2004-01-0029, 2004.##

27.